Frank's blogs

永远好奇

0%

U_Boot入门

发表于 更新于
本文字数： 4.6k 阅读时长 ≈ 8 分钟

U_Boot入门

U_Boot简介

  • Linux 系统要启动就必须需要一个 bootloader 程序，也就说芯片上电以后先运行一段 bootloader程序。这段bootloader程序会先初始化DDR等外设，然后将Linux内核从flash(NAND， NOR FLASH，SD，MMC 等)拷贝到 DDR 中，最后启动 Linux 内核。当然了，bootloader 的实 际工作要复杂的多，但是它最主要的工作就是启动 Linux 内核，bootloader 和 Linux 内核的关系 就跟 PC 上的 BIOS 和 Windows 的关系一样，bootloader 就相当于 BIOS。所以我们要先搞定 bootloader，很庆幸，有很多现成的 bootloader 软件可以使用，比如 U-Boot、vivi、RedBoot 等 等，其中以 U-Boot 使用最为广泛，为了方便书写，本书会将 U-Boot 写为 uboot。
  • uboot 的全称是 Universal Boot Loader，uboot 是一个遵循 GPL 协议的开源软件，uboot 是一 个裸机代码，可以看作是一个裸机综合例程。现在的 uboot 已经支持液晶屏、网络、USB 等高 级功能。
  • uboot 官网为 http://www.denx.de/wiki/U-Boot/

UBoot顶层makefile

  • 编译需要的shell脚本

    • image-20220225210752704
    • 第 1 行是 shell 脚本要求的，必须是“#!/bin/bash”或者“#!/bin/sh”
    • 第 2 行使用了 make 命令，用于清理工程，也就是每次在编译 uboot 之前都清理一下工程。 这里的 make 命令带有三个参数，第一个是 ARCH，也就是指定架构，这里肯定是 arm；第二个 参数 CROSS_COMPILE 用于指定编译器，只需要指明编译器前缀就行了，比如 arm-linux-gnueabihf-gcc 编译器的前缀就是“arm-linux-gnueabihf-”；最后一个参数 distclean 就是清除工程。
    • 第 3 行也使用了 make 命令，用于配置 uboot。同样有三个参数，不同的是，最后一个参数是 mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig。前面说了 uboot 是 bootloader 的一种，可以用来引导 Linux，但是 uboot 除了引导 Linux 以外还可以引导其它的系统，而且 uboot 还支持其它的架构 和外设，比如 USB、网络、SD 卡等。这些都是可以配置的，需要什么功能就使能什么功能。所 以在编译 uboot 之前，一定要根据自己的需求配置 uboot。mx6ull_14x14_ddr512_emmc_defconfig 就是正点原子针对 I.MX6U-ALPHA 的 EMMC 核心板编写的配置文件，这个配置文件在 uboot 源码的 configs 目录中。在 uboot 中，通过“make xxx_defconfig”来配置 uboot，xxx_defconfig 就是不同板子的配置文件，这些配置文件都在 uboot/configs 目录中
    • 第 4 行有 4 个参数，用于编译 uboot，通过第 3 行配置好 uboot 以后就可以直接“make”编 译 uboot 了。其中 V=1 用于设置编译过程的信息输出级别；-j 用于设置主机使用多少线程编译 uboot，最好设置成我们虚拟机所设置的核心数，如果在 VMware 里面给虚拟就分配了 4 个核， 那么使用-j4 是最合适的，这样 4 个核都会一起编译

  • 查看UBoot之前需要先进行一次编译

  • 编译后的文件结构

  • image-20220225210424844

  • image-20220225210443748

  • makefile文件是可以嵌套的

  • 也就是顶层 Makefile 可以调用子目录 中的 Makefile 文件。Makefile 嵌套在大项目中很常见，一般大项目里面所有的源代码都不会放 到同一个目录中，各个功能模块的源代码都是分开的，各自存放在各自的目录中。每个功能模 块目录下都有一个 Makefile，这个 Makefile 只处理本模块的编译链接工作，这样所有的编译链接工作就不用全部放到一个 Makefile 中，可以使得 Makefile 变得简洁明了。

Makefile分析

版本号

  • image-20220225232512333

  • 顶层 Makefile 一开始是版本号，内容如下(为了方便分析，顶层 Makefile 代码段前段行号 采用 Makefile 中的行号，因为 uboot 会更新

MAKEFLAGS变量

  • make 是支持递归调用的，也就是在 Makefile 中使用“make”命令来执行其他的 Makefile 文件，一般都是子目录中的 Makefile 文件。假如在当前目录下存在一个“subdir”子目录，这个 子目录中又有其对应的 Makefile 文件，那么这个工程在编译的时候其主目录中的 Makefile 就可 以调用子目录中的 Makefile，以此来完成所有子目录的编译。主目录的 Makefile 可以使用如下 代码来编译这个子目录：
$(MAKE) -C subdir
  • $(MAKE)就是调用“make”命令，-C 指定子目录。有时候我们需要向子 make 传递变量， 这个时候使用“export”来导出要传递给子 make 的变量即可，如果不希望哪个变量传递给子 make 的话就使用“unexport”来声明不导出:
export VARIABLE …… //导出变量给子 make 。
unexport VARIABLE…… //不导出变量给子 make。
  • 有两个特殊的变量：“SHELL”和“MAKEFLAGS”，这两个变量除非使用“unexport”声明， 否则的话在整个make的执行过程中，它们的值始终自动的传递给子make。在uboot的主Makefile 中有如下代码：
MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)
  • 上述代码使用“+=”来给变量 MAKEFLAGS 追加了一些值，“-rR”表示禁止使用内置的隐 含规则和变量定义，“–include-dir”指明搜索路径，”$(CURDIR)”表示当前目录。

命令输出

  • uboot 默认编译是不会在终端中显示完整的命令，都是短命令

  • image-20220225235732726

  • 上述代码中先使用 ifeq 来判断”$(origin V)”和”command line”是否相等。这里用到了 Makefile 中的函数 origin，origin 和其他的函数不一样，它不操作变量的值，origin 用于告诉你变量是哪 来的

$(origin <variable>)

  • variable 是变量名，origin 函数的返回值就是变量来源，因此$(origin V)就是变量 V 的来源。 如果变量 V 是在命令行定义的那么它的来源就是”command line”，这样”$(origin V)”和”command line”就相等了。当这两个相等的时候变量 KBUILD_VERBOSE 就等于 V 的值，比如在命令行中 输入“ V=1 “ 的 话 那 么 KBUILD_VERBOSE=1 。如果没有在命令行输入 V 的 话 KBUILD_VERBOSE=0

  • 第 80 行判断 KBUILD_VERBOSE 是否为 1，如果 KBUILD_VERBOSE 为 1 的话变量 quiet

  • 和 Q 都为空，如果 KBUILD_VERBOSE=0 的话变量 quiet 为“quiet_“，变量 Q 为“@”

    • V=1 的话

    • image-20220226000158806

    • V=0 或者命令行不定义 V 的话

    • image-20220226000426810

  • Makefile 中会用到变量 quiet 和 Q 来控制编译的时候是否在终端输出完整的命令，在顶层 Makefile 中有很多如下所示的命令

    • $(Q)$(MAKE) $(build)=tools

  • 如果 V=0 的话上述命令展开就是“@ make $(build)=tools”，make 在执行的时候默认会在终 端输出命令，但是在命令前面加上“@”就不会在终端输出命令了。当 V=1 的时候 Q 就为空， 上述命令就是“make $(build)=tools”，因此在 make 执行的过程，命令会被完整的输出在终端上

  • 有些命令会有两个版本

    • image-20220226000920939

  • sym 命令分为“quiet_cmd_sym”和“cmd_sym”两个版本，这两个命令的功能都是一样的， 区别在于 make 执行的时候输出的命令不同。quiet_cmd_xxx 命令输出信息少，也就是短命令， 而 cmd_xxx 命令输出信息多，也就是完整的命令。

    • 如果变量 quiet 为空的话，整个命令都会输出。
    • 如果变量 quiet 为“quiet_”的话，仅输出短版本。 _
    • _如果变量 quiet 为“silent_”的话，整个命令都不会输出。

静默输出

  • 上一小节讲了，设置 V=0 或者在命令行中不定义 V 的话，编译 uboot 的时候终端中显示的 短命令，但是还是会有命令输出，有时候我们在编译 uboot 的时候不需要输出命令，这个时候 就可以使用 uboot 的静默输出功能。编译的时候使用“make -s”即可实现静默输出

    • image-20220226002019735
    • image-20220226002036927

  • 判断当前正在使用的编译器版本号是否为 4.x，判断$(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)) 和“ ”(空)是否相等，如果不相等的话就成立，执行里面的语句。也就是说 $(filter 4.%,$(MAKE_VERSION))不为空的话条件就成立，这里用到了 Makefile 中的 filter 函数，这是 个过滤函数，函数格式如下

    • image-20220226002617614
    • filter 函数表示以 pattern 模式过滤 text 字符串中的单词，仅保留符合模式 pattern 的单词， 可以有多个模式。函数返回值就是符合 pattern 的字符串。因此$(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)) 的含义就是在字符串“MAKE_VERSION”中找出符合“4.%”的字符(%为通配符)， MAKE_VERSION 是make工具的版本号，ubuntu16.04里面默认自带的make工具版本号为4.1， 大家可以输入“make -v”查看。因此$(filter 4.%,$(MAKE_VERSION))不为空，条件成立

  • ，如果$(filter %s ,$(firstword x$(MAKEFLAGS)))不为空的话条件 成立，变量 quiet 等于“silent_”。这里也用到了函数 filter，在$(firstword x$(MAKEFLAGS)))中 过滤出符合“%s”的单词。到了函数 firstword，函数 firstword 是获取首单词，函数格式如下

    • $(firstword <text>)

    • firstword 函数用于取出 text 字符串中的第一个单词，函数的返回值就是获取到的单词。当 使用“make -s”编译的时候，“-s”会作为 MAKEFLAGS 变量的一部分传递给 Makefile。

    • 添加如下内容

      • image-20220226105110225

    • 可见增加-s之后，firstword变成了

      • image-20220226110058265
      • 可见也不是直接-s，但是filter的返回值肯定不为空

设置编译结果的输出目录

  • uboot 可以将编译出来的目标文件输出到单独的目录中，在 make 的时候使用“O”来指定 输出目录，比如“make O=out”就是设置目标文件输出到 out 目录中。这么做是为了将源文件 和编译产生的文件分开，当然也可以不指定 O 参数，不指定的话源文件和编译产生的文件都在 同一个目录内，一般我们不指定 O 参数。

  • image-20220226110625560

  • image-20220226110641751

  • 第 124 行判断“O”是否来自于命令行，如果来自命令行的话条件成立，KBUILD_OUTPUT 就为$(O)，因此变量 KBUILD_OUTPUT 就是输出目录。

  • 第 135 行判断 KBUILD_OUTPUT 是否为空。

  • 第 139 行调用 mkdir 命令，创建 KBUILD_OUTPUT 目录，并且将创建成功以后的绝对路 径赋值给 KBUILD_OUTPUT。至此，通过 O 指定的输出目录就存在了。